JP2003319694A - 固定翼水車により駆動される発電機の最大出力制御方法 - Google Patents
固定翼水車により駆動される発電機の最大出力制御方法Info
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- Y02E10/20—Hydro energy
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Abstract
車より、一定周波の交流電力を取り出す場合は、出力特
性が悪化するという問題があった。 【解決手段】 固定翼水車により駆動される発電機にお
いて、前記固定翼水車の形状及び水路の形状より一義的
に定める最大出力となる水車回転数対トルク特性をPW
Mコンバータに伝達して、該特性に基づいて、前記発電
機のトルク制御を行う固定翼水車により駆動される発電
機の最大出力制御方法である。
Description
駆動される発電機に接続されるPWMコンバータより、
最大出力を取り出すための制御方法に関するものであ
り、特に、流速が変化しても発電機より、常に、応答性
良く最大出力を取り出す事ができる、PWMコンバータ
の制御方法に関するものである。
より、一定周波の交流電力を取り出す場合は、固定翼水
車では出力特性が悪化するため、従来は、流速を測定し
て翼を可変させる可動翼水車が用いられてきた。
の角度を変化させるための構造が複雑で、捕機が多いた
めに、機械構造部分のメンテナンス費用が多大であり、
流速も測定しなければならないという問題があった。本
発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主とし
て、その目的とするところは、固定翼水車により駆動さ
れる発電機の交流側に、交流を直流に変換するPWMコ
ンバータを接続し、水車回転数に基づいた制御、すなわ
ち発電機回転数対トルク特性に基づいた制御を行い、流
速計を必要とせず、制御応答性の良い、固定翼水車によ
り駆動される発電機の最大出力制御方法を提供すること
である。
対して、流速をパラメータとした時の、水車回転数対水
車出力特性及び水車トルク特性の概要を説明した図であ
る。以下では、説明の都合上、水車と発電機の回転数を
同一とする。固定翼水車は、水車の形状、水路の形状、
及び水の流速Vが決まると、水車回転数Nに対する水車
出力W及び水車トルクτが一義的に定まり、種々の流速
Vに対する水車出力Wがピークとなる水車回転数N及び
水車トルクτとの関係は、図2の一点鎖線で示す最大出
力時トルク特性線のようになる。以下、図2及び図3で
は、W、又はτを、各流速V1及びV2に付して、それ
ぞれ各流速V1及びV2における、水車出力特性及び水
車トルク特性を表す。例えば、V1Wは、流速V1での
出力特性、V2τは、流速V2でのトルク特性を表す。
そこで、図2において、流速がV1の時は、交点S1に
示すように、水車出力WがピークW1となる時の水車ト
ルクτはτ1となり、その時の水車回転数NはN1にな
る。又、流速VがV2の時は、交点S2に示すように、
水車出力WがピークW2となる時の水車トルクτはτ2
となり、その時の水車回転数NはN2になる。
速Vをパラメータとした時の、水車回転数対水車出力特
性及び水車トルク特性の概要を説明した図である。ダリ
ウス形横軸水車においても、水車の形状、水路の形状、
及び流速Vが決まると、水車回転数Nに対する水車出力
W及び水車トルクτが一義的に定まり、種々の流速Vに
対する水車出力Wがピークとなる水車回転数N及び水車
トルクτとの関係は、図3の一点鎖線で示す最大出力時
トルク特性線のようになる。
2又は図3の最大出力時トルク特性線より、ある水車回
転数、すなわち発電機回転数Nに対するトルク指令τ*
を、一義的に定めて制御する事により、常に、流速Vに
見合った最高出力を取り出すものである。
解決するものであり、その目的を達成するための手段
は、 1)、請求項1において、固定翼水車により駆動される
発電機の制御方法において、この発電機の出力にPWM
コンバータを接続し、このPWMコンバータにより、前
記水車形状及び水路形状より一義的に定める最大出力と
なる発電機回転数対トルク特性を求め、この特性に基づ
いて、発電機のトルク制御を行う事を特徴とするもので
ある。
より駆動される発電機に、PWMコンバータを接続した
風力発電装置接続図である。同図において、1は発電
機、2は回転計、3はPWMコンバータ、4は負荷、5
はトルク指令発生回路、6は水車である。以下、図1に
ついて説明する。
出力は、PWMコンバータ3により直流に変換されて負
荷4に供給される。回転計2は水車6の回転数を計測し
てその回転数をトルク指令発生回路5に伝達する。トル
ク指令発生回路5は、回転計2より発電機回転数Nを入
力して、図2及び図3に示す発電機回転数に対する最大
出力時トルク特性線が如きトルク指令τ*を、PWMコ
ンバータ3に出力する。このトルク指令τ*により、流
速Vが変動しても、水車から、常に最大出力が取り出せ
る理由を、図4の流速変動時動作説明図を参照して、以
下に詳述する。
τの動作を説明した図である。例えば、流速がV1の
時、最大出力時トルク曲線との交点S1が、水車回転数
Nと水車トルクτの動作点なので、水車回転数がN1、
及び水車トルクがτ1で、水車6は最大出力運転されて
いる。この時、急に、流速がV2に下降すると、流速V
2と水車回転数N1との交点はS4なので、水から得ら
れるトルクはτ4に減少するために、動作点は交点S1
から、交点S3へ最大出力時トルク曲線上を移動する。
すなわち、水車回転数Nは、N1からN2へ減少し、ト
ルクτはτ4からτ3へ増加して、交点S3で最大出力
運転される。
時トルク曲線との交点S5が、水車回転数Nとトルクτ
の動作点なので、水車回転数NがN3、及びトルクτが
τ5で、水車6は最大出力運転されている。この時、急
に、流速がV2に上昇すると、流速V2と水車回転数N
3との交点はS2なので、水から得られるトルクはτ2
に増加するために、動作点は交点S5から、交点S3へ
最大出力時トルク特性線上を移動する。すなわち、水車
回転数Nは、N3からN2へ増加し、トルクτはτ5か
らτ3へ増加して、交点S3で最大出力運転される。
回転数Nの間の関係を表す最大出力時トルク特性線は、
実際に水車を回しての測定や、風洞実験等によって求め
られ、水車形状及び水路形状が決まると一義的に定める
事ができる。
発電機回転数Nを検出する場合について説明したが、発
電機1に接続されるPWMコンバータ3の電圧・電流に
よる回転計レス方式でも、水車回転数Nを検出できるの
で、その値を用いても良い。さらに、発電機は、同期発
電機だけでなく、図2及び図3の水車回転数対水車トル
ク特性、すなわち発電機回転数対発電機トルク特性の最
大出力時トルク特性線との関係を把握すれば、誘導発電
機を用いても良い。
機に接続されるPWMコンバータを用いて、水車回転数
に基づいたトルク制御により、最大出力を取り出すため
の制御方法について説明した。この方法によれば、応答
性良く、常に流速に見あった最大出力を水車より出力で
きるので、実用上おおいに有用である。
図である。
をパラメータとした時の、水車回転数対水車出力特性及
び水車トルク特性の概要を説明した図である。
タとした時の、水車回転数対水車出力特性及び水車トル
ク特性の概要を説明した図である。
した図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 固定翼水車により駆動される発電機にお
いて、前記固定翼水車の形状及び水路の形状より一義的
に定める最大出力となる水車回転数対トルク特性をPW
Mコンバータに伝達して、該特性に基づいて、前記発電
機のトルク制御を行う固定翼水車により駆動される発電
機の最大出力制御方法。 - 【請求項2】 前記水車の回転数を検出してトルク指令
発生回路に伝達し、その出力であるトルク指令をPWM
コンバータに伝達するか、またはPWMコンバータの電
流・電圧を回転数の代わりとしてトルク指令発生回路に
伝達し、その出力であるトルク指令をPWMコンバータ
に伝達する請求項1記載の固定翼水車により駆動される
発電機の最大出力制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002123481A JP2003319694A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 固定翼水車により駆動される発電機の最大出力制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002123481A JP2003319694A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 固定翼水車により駆動される発電機の最大出力制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003319694A true JP2003319694A (ja) | 2003-11-07 |
Family
ID=29538756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002123481A Pending JP2003319694A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 固定翼水車により駆動される発電機の最大出力制御方法 |
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2002
- 2002-04-25 JP JP2002123481A patent/JP2003319694A/ja active Pending
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